基于HH模型對動作電位的研究

1、精選ppt基于Hodgkin-Huxley模型對動作電位的研究精選ppt目錄 課題背景課題背景 Hodgkin-HuxleyHodgkin-Huxley模型模型的推導的推導 Runge-KuttaRunge-Kutta算法求解算法求解 刺激電流與動作電位刺激電流與動作電位直流直流信號與脈沖信號的信號與脈沖信號的刺激作用刺激作用刺激刺激電流強度與神經(jīng)元激發(fā)電流強度與神經(jīng)元激發(fā)頻率頻率 通過細胞膜的通過細胞膜的NaNa+ +離子數(shù)目離子數(shù)目 ATPATP水解能水解能 結論結論精選ppt課題背景，而離子是傳遞，而離子是傳遞電信號的重要媒介，生物電的產(chǎn)生是由于細胞膜兩側的離電信號的重要媒介，生物電的產(chǎn)

2、生是由于細胞膜兩側的離子發(fā)生流動形成了濃度差，從而導致了子發(fā)生流動形成了濃度差，從而導致了。 當可興奮細胞受到刺激時，在靜息電位的基礎上會產(chǎn)生可當可興奮細胞受到刺激時，在靜息電位的基礎上會產(chǎn)生可擴布電位變化過程，這一過程叫做擴布電位變化過程，這一過程叫做。動作電位由峰電位和后電位組成，通常。動作電位由峰電位和后電位組成，通常意義上主要指峰電位。意義上主要指峰電位。 通過對動作電位傳導問題的研究，發(fā)現(xiàn)它具有通過對動作電位傳導問題的研究，發(fā)現(xiàn)它具有的性質。的性質。精選ppt課題背景精選ppt課題背景精選pptHodgkin-Huxley模型的推導細胞膜上流過的電流主要取決于離子通道的阻抗以及細胞膜

3、上的電容，總離子電流主要是由Na+、K+和Cl-組成。mNaKLdVICIIIdt精選pptHodgkin-Huxley模型的推導()()()ionNaNaKKLLIGVEGVEG VE首先看K通道的電導：經(jīng)過對數(shù)據(jù)的擬合，它的表達式中只有一個激活型參量n。4,max/801 0.1(1)0.1 0.01;0.1251KKnnVnnVGgndnnndtVee精選pptHodgkin-Huxley模型的推導()()()ionNaNaKKLLIGVEGVEG VE再看漏電流：H-H模型中漏電流的作用是在沒有任何去極化發(fā)生時維持固定的細胞膜靜息電位，它的電導中不含激活型參量，表達式為()LLLIgV

4、E精選pptHodgkin-Huxley模型的推導()()()ionNaNaKKLLIGVEGVEG VE最后，鈉通道電流的電導中含有兩個參量，即失活變量h和激活變量m，它們通過兩個一階微分方程來控制，即3(1)(1)NaNammhhGgmhdmmmdtdhhhdt/182.5 0.1/203 0.12.50.1;4110.07;1VmmVVhhVVeeee精選pptHodgkin-Huxley模型的推導34()()()(1)(1)(1)mLLNaNaKKinjectmmhhnndVCg VEgm h VEg n VEIdtdmmmdtdhhhdtdnnndt 精選pptRunge-Kutta

5、算法求解（一種高精度常微分方程的數(shù)值解法一種高精度常微分方程的數(shù)值解法）dot=0,120,dtkv1=dt*fv(v,m,h,n,t)km1=dt*fm(v,m)kh1=dt*fh(v,h)kn1=dt*fn(v,n)kv2=dt*fv(v+0.5*kv1,m+0.5*km1,h+0.5*kh1,n+0.5*kn1,t)km2=dt*fm(v+0.5*kv1,m+0.5*km1)kh2=dt*fh(v+0.5*kv1,h+0.5*kh1)kn2=dt*fn(v+0.5*kv1,n+0.5*kn1)kv3=dt*fv(v+0.5*kv2,m+0.5*km2,h+0.5*kh2,n+0.5*kn

6、2,t)km3=dt*fm(v+0.5*kv2,m+0.5*km2)kh3=dt*fh(v+0.5*kv2,h+0.5*kh2)kn3=dt*fn(v+0.5*kv2,n+0.5*kn2)kv4=dt*fv(v+kv3,m+km3,h+kh3,n+kn3,t)km4=dt*fm(v+kv3,m+km3)kh4=dt*fh(v+kv3,h+kh3)kn4=dt*fn(v+kv3,n+kn3)v1=v+(kv1+2*kv2+2*kv3+kv4)/6.0m1=m+(km1+2*km2+2*km3+km4)/6.0h1=h+(kh1+2*kh2+2*kh3+kh4)/6.0n1=n+(kn1+2*kn

7、2+2*kn3+kn4)/6.0v=v1;m=m1;h=h1;n=n1print*,twrite(30,*)t,v,iwrite(20,*)m,h,nenddo精選pptRunge-Kutta算法求解（一種高精度常微分方程的數(shù)值解法一種高精度常微分方程的數(shù)值解法）dot=0,120,dtkv1=dt*fv(v,m,h,n,t)km1=dt*fm(v,m)kh1=dt*fh(v,h)kn1=dt*fn(v,n)kv2=dt*fv(v+0.5*kv1,m+0.5*km1,h+0.5*kh1,n+0.5*kn1,t)km2=dt*fm(v+0.5*kv1,m+0.5*km1)kh2=dt*fh(v+

8、0.5*kv1,h+0.5*kh1)kn2=dt*fn(v+0.5*kv1,n+0.5*kn1)kv3=dt*fv(v+0.5*kv2,m+0.5*km2,h+0.5*kh2,n+0.5*kn2,t)km3=dt*fm(v+0.5*kv2,m+0.5*km2)kh3=dt*fh(v+0.5*kv2,h+0.5*kh2)kn3=dt*fn(v+0.5*kv2,n+0.5*kn2)kv4=dt*fv(v+kv3,m+km3,h+kh3,n+kn3,t)km4=dt*fm(v+kv3,m+km3)kh4=dt*fh(v+kv3,h+kh3)kn4=dt*fn(v+kv3,n+kn3)( , , ,

9、)( ,)( , )( , )minjectdVCfv V m h n tIdtdmfm V mdtdhfh V hdtdnfn V ndt精選pptRunge-Kutta算法求解（一種高精度常微分方程的數(shù)值解法一種高精度常微分方程的數(shù)值解法）大約50ms后就可達到靜息電位精選ppt刺激電流與動作電位刺激電流與動作電位 直流信號與脈沖信號的刺激作用直流信號與脈沖信號的刺激作用 刺激電流強度與神經(jīng)元激發(fā)頻率刺激電流強度與神經(jīng)元激發(fā)頻率精選ppt直流信號與脈沖信號的刺激作用首先添加一段穩(wěn)定的直流信號，I=5A，從50ms開始，持續(xù)100ms。此時得到V與t的關系曲線如圖：精選ppt直流信號與脈沖信

10、號的刺激作用然后用同樣大小的脈沖電流來反復刺激該神經(jīng)元，可以發(fā)現(xiàn)在兩次脈沖的間隙，動作電位會降至平息電位。精選ppt直流信號與脈沖信號的刺激作用接下來依次施加不同強度的刺激電流，觀察動作電位的響應特性。動作電位對于刺激電流存在閾值，大約是6.25AN=6N=7N=8N=9刺激電流越大，動作電位的頻率越高。N=0精選ppt刺激電流強度與神經(jīng)元激發(fā)頻率計數(shù)判別條件p1=vp2=v1if(p160)fre=fre+1精選ppt刺激電流強度與神經(jīng)元激發(fā)頻率 當I大于6.25以后，頻率隨著I的增大而增大； 當I大于71.60之后，f迅速衰減至10Hz。（神經(jīng)細胞“麻木”）精選ppt通過細胞膜的Na+離子

11、數(shù)目43()()NaNmLLKKinjectagm h VdVCg VEg n VEIEdt NNaaQditN e精選ppt通過細胞膜的Na+離子數(shù)目精選ppt通過細胞膜的Na+離子數(shù)目注：Na+電流是正值，K+為負值說明：Na+由膜內(nèi)流向膜外，K+由膜外流向膜內(nèi)。精選ppt通過細胞膜的Na+離子數(shù)目15.06210.0612191.394 10/1.394606325 108.7044 101.6 10NaNaNaNaQIdtC cmQNe精選ppt通過細胞膜的Na+離子數(shù)目15.06210.015.08210.061219811191.382 10/3.313 10/1.38207835

12、1 108.6262 101.6 103.313802305 101.9547 101.6 10KKClClKKClClQI dtC cmQI dtC cmQNeQNe用同樣的方法計算其他離子的電量和數(shù)目：精選pptATP水解能21( )2( )NaKClNaNaKKLLH tCVHHHH tCVVIEI EI E精選pptATP水解能()()NaKKLLNaKLNaIVEICVIIIIHIVEEIVV精選pptATP水解能精選pptATP水解能本文所計算的功率只計及了焦耳熱，所以誤差的產(chǎn)生應該源于此處。所以這一過程與鈉鉀泵沒有直接關系。精選pptATP水解能本文所計算的功率只計及了焦耳熱，所

13、以誤差的產(chǎn)生應該源于此處。所以這一過程與鈉鉀泵沒有直接關系。精選ppt結論 描述神經(jīng)細胞受激發(fā)膜內(nèi)外電壓與離子電流 H-H模型還能反映能量、離子流通量等信息 根據(jù)H-H模型，沒有外加電信號，神經(jīng)元處于靜息狀態(tài)，當電流刺激高于某一閾值時產(chǎn)生動作電位；動作電位的頻率隨著刺激電流的增大而增大。 若由實際測得的數(shù)據(jù)求出的參數(shù)與正常不同，則說明該細胞的離子通道發(fā)生病變，此為在醫(yī)學方面的用途。 關于ATP水解能的計算方法有待進一步研究精選ppt參考文獻 張瑩, 李智. 基于 HH 模型的心肌細胞電模型J. 計算機與數(shù)字工程, 2012, 40(4): 1-2. 王江, 張驊, 曾啟明. 肌肉中的 HH 模型鈉離子通道反電勢的 Hopf 分岔分析J. 系統(tǒng)仿真學報, 2004, 16(10): 2276-2279. Hasegawa H. Comment on Energy and information i